疊加偏置電流產生的動態(tài)功耗分析

在圖中2.1中，TTL反相順的輸出驅動電路在HI和LO之間交替轉換，Q1或Q2交替處于導通狀態(tài)，而不是兩者同時導通。這種電路配置有兩個激勵電路，一個把輸出電壓上拉到HI，而另外一個把輸出電壓下拉到LO，通常稱之為推拉輸出電路。TTL和CMOS電路通常都有推拉輸出電路。

圖2.1中的二極管D1用來保證當晶體管Q3和Q2完全飽各時，輸出電路箝位在LO狀態(tài)，晶體管Q1將完全截止。這一特性可以防止Q2同時導通時而產生大電流。每個具有推拉輸出電路的邏輯系列產品都有一些保護電路，以防止HI和LO輸出驅動電路同時導通。

圖2.1中描述的TTL驅動器電路的實驗揭示了當電路從一個狀態(tài)轉換到另一個狀態(tài)時，晶體管Q1和Q2可能在瞬間同時導通。任何重疊了的導通都將產生一個從VCC到地的浪涌電流，所消耗的功率以熱量的形式消耗在晶體管Q1和Q2上。

肖特基TTL邏輯電路出現之前，一個TTL電路從LO轉換到HI狀態(tài)的過程中，在晶體管Q1開始導通后的一段時間內，晶體管Q2往往還維持在飽和狀態(tài)，通過電阻R3釋放其基極上存儲的電荷。基極存儲的這些電荷導致產生了一個固定時間的重疊。新的肖特基電路不再使晶體管Q2飽和，因此產生的重疊電流比較少。

圖2.3中描述的CMOS電路，在場效應晶體管Q1和Q2之間可能出現重疊導通，這取決于兩個晶體管的臨界柵-源極電壓VCS、VCS參數的準確值很大程度上取決于制造過程，因此從個別CMOS器件得到的值概括出的經驗是欠考慮的。圖2.4標明了一個74HCOO門電路典型的直流電源電流與輸入電壓的函數關系典線。由于CMOS器件也存在疊加效應，減緩輸入的轉換時間往往會延長重疊時間。隨著內部電路的響應變慢，在Q1和Q2都導通時的電壓附近停留時間會更長。

對于一個快速的輸入轉換，重疊電流脈沖的大小和波形在每個周期都是一致的，并且每個周期消耗的能量也是相同的，因此由重疊偏置電流導致的額外功耗與轉換速率成正比，與電容負載引起的功耗不同，由重疊驅動電流產生的功耗并不隨電源電壓的平方而增大。

如圖2.4所示，74HC00電路的重疊電流與這個類型的門電路所能產生的最大驅動電流相比并不是很大。

對于TTL電路，疊加效應更顯著。如果將一個TTL反相器的輸入端連接到它自己的輸出端，它將會自我偏置，從而進入疊加范圍內，消耗大量能量。你能感覺到電路在發(fā)熱。因此TTL電路不適合用做線性的小信號處理器件，因為它們在線性工作狀態(tài)時要消耗額外的能量。相反，工作在重疊區(qū)域的射極耦合邏輯電路不會汲取額外的電流，可以用做優(yōu)良的線性處理器件。